Polyomaviridae Taxonomie Ehemals Unterfamilie der … · 2009. 4. 29. · K-Papovavirus (KPV) Maus Hamster Papovavirus Hamster Rabbit kidney vacuolating Kaninchen virus (RKV) Budgerigar

Transformation/Polyomavirus

Ruth Brack-Werner; SS 2009Molekulare Virologie

Polyomaviridae

Taxonomie

Ehemals Unterfamilie der Papovaviridae;

Jetzt unabhängige Virusfamilie mit 13 Mitgliedern



Mitglieder der Polyomaviridae

MausK-Papovavirus (KPV)

HamsterHamster Papovavirus

KaninchenRabbit kidney vacuolating virus (RKV)

VogelBudgerigar fledgling disease virus

Mensch

Mensch

Makake

Pavian

Afrikanische Grüne Meerkatze

Rhesus Affe

Maus

Wirt

Stump-tailed macaque virus (STMV)

JC Virus

BK Virus

Simian agent 12 (SA12)

Lymphotropic Papovavirus (LPV)

Simian Virus 40 (SV40)

Polyomavirus (PyV)

Virus



Entdeckung der Polyomaviren

Maus Polyomavirus: entdeckt 1953 von Ludwig Gross

bei Untersuchungen zur Übertragung von murinen Leukämien

SV4O: entdeckt 1960 von Sweet and Hillemann

in Nierenzellen aus der Grünen Afrikanischen Meerkatze.



Gemeinsame Merkmale der Polyomaviren

1. Genom: Ringförmiges ds-DNA Molekül (Minichromosom!); ca. 5000

Bp; Ähnliche Genom-Organisation

2. Vermehrung: sehr enges Wirtsspektrum:Vermehrung

hauptsächlich in Epithelzellen und Fibroblasten;

3. Unbehüllt: Resistent gegen Lösungsmittel;

4. Maligne Transformation von Zellen in Kultur;

5. Verursachen nicht Tumore in ihren natürlichen Wirten (z.B. SV40 in

Rhesus Affen).



Einige wichtige Entdeckungen der Zellbiologie, die an Polyomaviren gemacht wurden.

1. Supercoiled DNA

2. Chromatin/Nucleosomen

3. Ursprung der DNA Replikation bei Eukaryonten

4. Enhancer

5. Promoter-Organisation (TATA Box)

6. Polyadenylierungssignal

7. Kernlokalisationssignal (NLS)

8. p53



Struktur von Maus Polyomavirus-Partikel

VP1: bildet 72 Pentamere, bestehend aus je 5 Moleküle VP1;

VP1 ist das einzige nach aussen gerichtete virale Strukturprotein;VP1 bindet an Oligosaccharide mit Sialyl-Säureresten auf der Zelloberfläche

Jedes VP1 Pentamer ist mit einem Molekül VP2 oder VP3 verbunden.

Graphische Nachbildung eines Viruspartikels: Durchmesser ca. 45 nmAus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-1c



Struktur des Polyomavirus-Genoms

SV 40 “Minichromosom”

Elektronen Mikroskopische Aufnahme von SV40 DNA Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-1a, b

Ringförmige Supercoiled DNA (= Eipsom)

Nukleosomen-freie Region

Nukleosomen:Enthalten Histone



Verlauf der SV40 Replikation

Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-5

Idealisierte zeitliche Abfolge

Virale GenomeT-Antigen freigesetzte Viruspartikel

Zelluläre DNA Synthese



Zelluläre Rezeptoren für Polyomaviren

Oligodendrozyten, Astrozyten, B-Lymphozyten

Weit verbreitet

B-Lymphozyten

Weit verbreitet

Weit verbreit

Zell-Tropismus

50.000

unbekannt

1.800

90.000

25.000

Moleküle/Zelle

N-verknüpfte Glykoproteine mit Sialyl-Säure-Resten

Glykolipid mit Sialylsäure-Resten

O-verknüpfte Glykoproteine mit Sialylsäure-Resten

MHC Klasse I Proteine

N-verknüpfte Glykoproteine mit Sialyl-Säure-Resten

Rezeptor

JC Virus

BK Virus

Lymphotropic Papovavirus (LPV)

Simian Virus 40 (SV40)

Polyomavirus (PyV)

Virus



Sialylsäurenht

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Haüfigste Form der Sialylsäure beim Menschen



Sialylsäuren sind weitverbreitet auf Zelloberflächen

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Replikationszyklus

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,

Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 16.

ReplikationszyklusPolyomaviren



Expression von SV40 Proteinen: Strategien zur maximalen Nutzung des Genoms

1. Eine Region zur Regulation von verschiedenen Prozessen;

2. Multi-funktionelle virale Regulationsfaktoren;

3. Alternatives Splicing;

4. Multi-cistronische mRNAs;

5. Nutzung von mehreren Leserastern;

6. Zeitliche Koordinierung von Expressionsphasen.


Synthese viraler Genome

LateEarly

Das SV40 Genom



Die Regulatorische Region des SV40-Genoms

Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-3a



Eigenschaften des SV40 T-Antigens

1. Sequenzähnlichkeiten zu T-Antigenen aus anderen

Polyomaviren verschiedener Viren;

2. Post-translationelle Modifikationen:

1. Phosphorylierung;

2. 0-Glykosylierung ;

3. Poly-ADP-Ribosylierung;

4. Acetylierung am Amino-terminus;

3. Signal für Lokalisation im Kern;(NLS = nuclear localisation

signal)

4. 5 x 105 bis 5x106 Moleküle pro lytisch infizierte Zellen



Funktionen des SV40 T-Antigens

1. Optimierung der Zelle für die Virusvermehrung:1. Vorantreiben des Zellzyklus bis zur S-Phase:Befreiung von E2F

2. Verhinderung der Apoptose: Sequestrierung von p53

2. Transkriptionsregulation:1. Autoregulation (Effekt Konzentrationsabhängig);

2. Aktivierung der späten Transkription

3. DNA-Replikation:

1. Fördert die Entwindung der DNA Stränge;

2. Rekrutierung von DNA Polymeraseα-Primase für die Synthese der Okazaki-

Fragmente und die DNA Polymerase δ für die Verlängerung der

neusynthetisierten DNA Stränge;



Domänenstruktur des T-Antigens

Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-6a



Polyomaviren bei Menschen


BK-Virus im Urin JC-Virus im infizierten Oligodendrozyten im Gehirn



JC-Virus und BK-Virus Genome




Merkmale der JC- und BK-Virus Infektion

1. Infektion: in der frühen Kindheit

2. Persistenz: Nierenepithel; Lymphozyten; Knochenmark (JC-Virus)

3. Pathogenes Potential: Hauptsächlich bei Immun-Supprimierten

Personen

1. BK-Virus?

2. JC-Virus: PML Progressive multifokale Leukoenzephalopathie

4. Onkogenes Potential:

1. Maligne Tumore in Nagetieren (JC und BK Virus);

2. Maligne Gehirntumore in Neuweltaffen nach Inoculation direkt in

den Schädel (lange Inkubationszeit);



Progressive multifokale Leukoenzephalopathie (PML)

1. Demyelinisierungs-Herde im Gehirn durch den Tod von

infizierten Oligodendrozyten;

2. Neuropathologie: Multifokale Plaques: enthalten u.a. Makrophagen,

Astrozyten mit anomalen Morphologien, veränderte

Oligodendrozyten

3. Klinisches Erscheinungsbild: Muskelschwäche, Geh-,

Sehschwierigkeiten, Lähmungen, kognitive Störungen (“Demenz”).

4. Überlebenszeit: Wenige Monate bis zu einem Jahr nach Auftreten

von Symptome;

5. Diagnose: endgültige Diagnose nur durch Nachweis von DNA in

Gehirnmaterial;

6. Behandlung: deutliche Besserung durch HAART



Weiterführende Literatur



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